一种冷弯Z型钢组成的无栓钉韧性组合柱

本发明涉及结构工程，具体涉及一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱。

背景技术：

1、随着社会经济和建筑技术发展的日新月异，人们的生产、生活对大跨度、大开间、大载重建筑结构的需求不断增加。为适应不断增加的承载力需求，结构柱的形式不断多样化。现有的钢-混凝土组合柱能够同时发挥混凝土和钢结构的优点，可应用于大柱网、大空间的框架结构体系。钢管可以防止管内砼的脆性破坏，在高层建筑中可以做到不限制轴压比，整体抗压性能明显提高。同时钢管混凝土的塑性和韧性性能好，抗震性能优异。同时，还出现了pbl剪力键应用于钢管混凝土组合柱的结构形式。通过在钢管外焊接带孔肋板的形式，肋板孔内混凝土受压受剪，起到抵抗截面滑移的作用，从而增强界面连接性能，并进一步改善抗震、耐久性能。

2、然而，现有的钢-混凝土组合柱在力学性能和工程应用等方面仍存在一些问题：第一，传统钢-混凝土组合柱中箍筋的布置需要纵向钢筋做支架，绑接工序较为繁琐，施工质量不易保证；第二，传统钢-混凝土组合柱在受荷状态下由于钢和混凝土的弹性模量差异较大，连接界面易发生纵向相对滑移脱开，将削弱组合结构整体性，影响构件的整体承载能力、延性和耐久性；第三，外焊带孔肋板的钢-混凝土组合柱，保证了钢和混凝土的协同受力，但是焊接位置多，焊接质量不易保证，抗震性能被削弱；第四，连接界面设置栓钉抗剪键的钢-混凝土组合柱，能够保证协同受力，但是焊接位置更多，同时无法解决箍筋布置问题；第五、传统钢-混凝土组合柱钢管外露，在高腐蚀环境下的耐久性不足。

技术实现思路

1、为改善传统钢-混凝土组合柱存在的问题，本发明提出了一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱。

2、一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，包括：

3、带肋钢管；

4、箍筋；

5、外包混凝土。

6、进一步的，所述带肋钢管由沿结构柱纵向布置的4个z型钢拼接而成，所述z型钢的材质为冷弯薄壁钢板。

7、进一步的，在所述冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱中，所述z型钢由3个平面板段、2个弯折线段构成。所述2个弯折段弯折角度均为90°。所述3个平面板段分为1个宽度较小的窄板段和2个宽度较大的宽板段。所述窄版端位于端部，所述2个宽板段分为端部宽板段和中部宽板段，所述2个宽板段宽度相等并且相邻。

8、进一步的，在所述z型钢中，所述端部宽板段和中部宽板段拼接后作为钢管壁使用，拼接后钢管形状可以是方形和圆形。

9、进一步的，在所述z型钢中，所述窄板段拼接后作为加劲肋使用，沿所述带肋钢管长度方向贯穿于所述窄板段设置通孔或u型凹槽。

10、进一步的，所述的通孔为圆孔，所述圆孔的直径或u型凹槽的开口宽度为所述箍筋的直径2～4倍。

11、进一步的，所述的箍筋为螺纹钢筋首尾相接组成的方形或圆形环。

12、进一步的，所述箍筋为多根，等间距地插设在所述通孔或u型凹槽中。

13、进一步的，所述箍筋和所述z型钢组成组合柱内部钢骨架。

14、进一步的，所述的外包混凝土为超高韧性混凝土。

15、进一步的，所述的混凝土厚度高于所述带肋钢管的肋宽度，起到保护组合柱钢骨架的作用。所述混凝土要完全包裹住所述钢骨架。

16、进一步的，所述钢管内部可以浇筑混凝土；

17、进一步的，所述超高韧性混凝土，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、增强纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：

18、

19、最优选的，所述的混凝土采用以下重量百分比的原料：

20、

21、

22、与现有技术相比，本发明的主要优点是：

23、本发明提出的一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，通过将箍筋穿入带肋钢管的肋板圆孔形成组合柱钢骨架，并浇筑混凝土。在所述z型钢组成的无栓钉韧性组合柱中，所述箍筋起到横向抗剪作用以及对混凝土的套箍作用，所述带肋钢管的带孔肋板起到平面内纵向抗弯、抗剪以及孔内承压的作用，所述外包混凝土起到抗裂、防腐、防止钢管屈曲的作用，所述带孔肋板、穿在孔内的箍筋以及周围填充的混凝土共同组成了pbl剪力连接件，起到纵向抗剪作用。与现有技术相比，本发明具备以下优点：

24、1)采用的超高韧性混凝土性能优越，在降低材料用量的同时可降低施工的复杂度，缩短工期，具体阐述如下：

25、超高韧性混凝土受压承载力高，受拉展现出应变硬化特征，极限拉应变可稳定达到3％以上，在极限拉应变下只出现致密分布的多条宽度在100微米以下的微裂纹。本发明提出采用超高韧性混凝土的方式提高混凝土层的抗裂能力，可有效阻隔钢材与外部环境的作用，显著改善组合柱的韧性、耐腐蚀性和耐久性。同时，超高韧性混凝土的受拉应变硬化特征使其能够有效约束内部钢管的屈曲。此外，超高韧性混凝土出色的抗裂性能可以进一步强化pbl剪力连接件的榫卯效应，增加界面连接性能。

26、2)钢-混凝土界面连接性能优越，组合柱整体性好。钢-混凝土界面产生相对滑移时肋板孔内的混凝土钢筋协同抗剪，带肋钢管的带孔肋板、穿在孔内的箍筋以及周围填充的混凝土共同组成了带有贯穿钢筋的pbl剪力连接件，拥有较高的纵向抗剪能力，保证了钢和混凝土的界面连接性能。

27、3)采用冷弯薄壁型钢拼接，大大减少焊接工作，保证焊接质量，提高抗震和耐久性能。所述带肋钢管由沿结构柱纵向布置的4个z型钢拼接而成，相较于带栓钉组合柱和外焊肋板组合柱，简化施工工序并减少焊接部位。

28、4)箍筋布置更为简便，定位更为精准。传统组合柱中箍筋的布置需要纵向钢筋做支架，且绑接工作较为麻烦，定位可能存在偏差，施工质量不易保证。本发明提出的一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，箍筋只需依次穿过肋板上等间距布置的圆孔即完成箍筋的定位。如采用所述u型凹槽可直接由侧向伸入箍筋，进一步简化了箍筋布置操作。

29、5)带肋钢管的肋板拥有较大的平面内抗弯能力，可以给组合柱提供额外纵向受弯性能。同时肋板位于管壁中部，能够有效限制管壁的面外屈曲。

30、6)海洋环境中的承重柱采用混凝土外包于空心钢管的形式，保护钢材的同时减轻结构自重。

技术特征：

1.一种冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的带肋钢管由沿结构柱纵向布置的4个z型钢拼接而成，所述z型钢的材质为冷弯钢板。

3.根据权利要求2所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述z型钢由3个平面板段、2个弯折线段构成，所述2个弯折段弯折角度均为90°。

4.根据权利要求3所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合，其特征在于，所述3个平面板段分为1个窄板段和2个宽板段，所述窄板段位于端部，所述2个宽板段分为端部宽板段和中部宽板段，所述2个宽板段宽度相等并且相邻。

5.根据权利要求4所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述端部宽板段和中部宽板段拼接后作为钢管壁使用，拼接后带肋钢管形状位方形或圆形。

6.根据权利要求4所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述窄板段拼接后作为加劲肋使用，沿所述带肋钢管长度方向贯穿于所述窄板段等间距地设置通孔或u型凹槽。

7.根据权利要求6所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的通孔为圆孔，所述圆孔的直径或u型凹槽的开口宽度为所述箍筋直径的2～4倍。

8.根据权利要求6所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的箍筋为螺纹钢筋首尾相接组成的方形或圆形环。

9.根据权利要求6所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述箍筋为多根，等间距地插设在所述通孔或u型凹槽中。

10.根据权利要求1所述的冷弯z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述箍筋和所述z型钢组成组合柱内部钢骨架。

技术总结本发明公开了一种冷弯Z型钢组成的无栓钉韧性组合柱，包括带肋钢管、箍筋、超高韧性混凝土。其中带肋钢管由冷弯Z型钢拼接而成。带肋钢管肋板上开有圆孔或U型凹槽，孔内穿有箍筋。超高韧性混凝土浇筑于带肋钢管外侧，完全包裹带肋钢管和箍筋。带肋钢管内部可以空心以减轻自重。带肋钢管肋板、箍筋和周围填充混凝土共同形成PBL剪力键，保证界面连接性能，简化箍筋的定位与绑扎工序。带肋钢管拼接而成，减少焊接部位，提升疲劳性能，同时其肋板能有效限制管壁的屈曲。提出的外包超高韧性混凝土起到保护钢骨架、约束钢管屈曲的作用，提升结构的韧性和耐久性。技术研发人员：李庆华,童精中,徐世烺受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5